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专利号: 2019106747054
申请人: 重庆科技学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种输电塔顺风向气动阻尼比计算方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、设定计算条件

设输电塔为自立式横担塔,水平面内垂直于导线的方向为x方向,水平面内沿导线的方向为y方向,高度方向为z方向;

横担宽度恒为wc,塔身宽度w(z)随高度z线性变化,塔身宽度与高度z的关系式:式中,wb为塔底宽度,wt为塔顶宽度,h为塔身总高,hc为横担高度;

全塔的填充系数沿高度方向恒为δ,阻力系数沿高度方向恒为Cd;

根据输电塔主材截面随高度z的变化规律,拟合得到输电塔各高度处的单位高度质量m(z):式中,m0为塔底的单位高度质量,k和γ为拟合系数,m1为横担处的单位高度质量,忽略高阶振型对风振响应的影响,只考虑一阶振型对风振响应的影响;

输电塔结构的一阶振型μ1(z)随高度z指数变化:式中,βy为结构沿y方向的一阶振型系数;

平均风剖面u(z)采用指数率,并取塔顶高度为参考高度,得到:u(z)=uh(z/h)α    (4)式中,uh为参考高度处的风速,α为地面粗糙度指数;

S2、构建阻尼比解析模型

将输电塔视为竖向一维悬臂结构,其结构的质量和刚度分布随高度发生变化,将结构随高度离散为n个自由度的多自由度体系,则其在随机风荷载的作用下的运动方程如下式:式中,M为结构的刚度矩阵,C为结构的阻尼矩阵,K为结构的刚度矩阵,x(t)为位移响应,D(t)为由随机风荷载作用;

采用Morison公式计算单位高度处的瞬时风阻力D(z,t)为:式中,ρ为空气密度,u(z,t)为z高度处的瞬时风速, 为结构在z高度处的速度响应,A(z)为z高度处的单位高度面积;

将z高度处的瞬时风速u(z,t)视为由该高度处的平均风速 和脉动风速u’(z,t)的叠加,即:将式(7)代入式(6)中,得:

将式(8)的平方项展开,得:

忽略式(9)中的高阶小量项,此时,作用在结构上的荷载近似为:上式的第一项为平均风荷载,为静荷载,第二项即为脉动风速引起的抖振力,第三项则为考虑风与结构耦合作用时产生的阻力项,即气动阻尼力项,由于结构单位高度的气动阻尼力与结构运动速度 成正比,比例系数即为单位高度的气动阻尼系数c(z):单位高度面积A(z)由结构的z高度处的宽度w(z)和填充系数δ相乘得到,代入式(11),得:在结构随高度离散的多自由度系统中,取zi高度处的离散段长度为dzi;将其按照与粘性阻尼系数在一个周期内能量损耗相等的原则,折算成等效粘性阻尼系数C1,取离散度长度的最大值dz,当dz趋近于零时,n将趋近与无穷大,此时系统可以看作一个无限自由度体系,将式(13)表示为积分形式:将式(1)、式(3)、式(4)代入式(14),得到结构沿导线方向的一阶气动阻尼系数C1,y:结构自身的一阶临界阻尼系数Cc1按下式求得:Cc1=4πn1M*    (16)

*

式中,n1为结构的一阶自振频率,M 为结构的一阶模态质量,将式(2)带入式(17),求得结构沿导线方向的一阶模态质量:将式(18)带入式(16),得到结构的一阶临界阻尼系数:式中,Cc1,y为结构沿导线方向的一阶临界阻尼系数,n1,y为结构沿导线方向的一阶频率;

求得结构的顺风向一阶气动阻尼比:

ξa=C1/Cc1    (20)

将式(14)和式(19)代入式(20),求得结构沿导线方向的一阶气动阻尼比ξa,y:同理,得到结构在垂直于导线方向的一阶气动阻尼和气动阻尼比比ξa,x:其中,